KR102156479B1 - 다공성 금속볼의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속볼 - Google Patents

다공성 금속볼의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속볼 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 제1금속염을 포함하는 전구체 용액을 준비하는 단계; 및 상기 전구체 용액을 밀링하면서 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 밀링은, 마그네틱 바에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법을 개시한다.

Description

다공성 금속볼의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속볼{Method of manufacturing porous metal ball and metal balls produced therefrom}
본 발명은 다공성 금속볼의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속 볼에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 수열처리 및 밀링에 의한 단순한 공정으로, 다양한 크기로 제조가 가능하며, 다공성의 구조로 인해 기존의 금속보다 가볍고, 높은 전기 전도성 및 강자기성을 가지는 다공성 금속볼의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속볼에 관한 것이다.
핸드폰, 노트북, PDA 등 소형 전자기기의 발달이 급속도로 이루어짐에 따라 반도체 산업의 의존도가 굉장히 높아지고 있는 추세이다. 따라서, 이들 전자 기기에 들어가는 반도체 칩의 안정성 및 신뢰성은 전자 기기의 전기적 특성 못지 않게 중요한 요인으로 부각되고 있다.
기판에 반도체 칩 등이 실장된 전자 부품은 MCP(Multi Chip Package)나 POP(Package on Package)라 칭하는 형태의 패키지를 이용하여 제조되고 있으며, 접합재료로 전기 전도성이 우수한 금속 입자로 이루어진 금속볼이나 전도성 필름이 이용되고 있다.
금속볼은 기재 입자의 표면에 전도성의 금속 또는 금속 화합물을 코팅하여 제조하며, 주석, 구리, 알루미늄, 니켈, 또는 은 등이 코팅된 금속볼이 주로 사용되고 있다.
기존의 전도성 또는 접합 특성을 갖는 전도성 금속볼은 기재 입자의 표면에 도금 공정을 통해 금속 코팅층을 형성하여 제조하는 것이 일반적이었다. 즉, 종래에는 도금공정을 이용하여 Cu, Al 등과 같은 전도성 금속의 기재 입자나 플라스틱 볼 등의 기재 입자의 표면 위에 금속을 코팅하여 전도성 금속볼을 제조하였다. 그런데, 이와 같이 도금공정을 이용할 시 코팅하고자 하는 물질의 용액 조성관리에 어려움이 있고, 공정 중 외부 조건의 변이로 인하여 불균일한 조성으로 코팅될 수 있는 단점이 발생하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고온/고압에서의 열 분사를 이용하여 금속볼을 제조하는 방법 등이 제시되고 있지만, 고온/고압에서의 열 분사를 이용하여 금속볼을 제조할 경우, 높은 온도로 인해 금속입자가 산화되거나, 분사과정에서 금속볼로 형성되지 않고 소모되는 금속입자가 많아 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-084571호
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명은 종래의 제조공정과 대비하여 공정을 단순화하여 제조 비용을 절감할 수 있는 다공성 금속볼의 제조방법을 제공하는 것을 첫 번째 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 밀링 조건을 제어하여 다양한 크기의 다공성 금속볼을 제조할 수 있는 제조방법을 제공할 수 있다.
더하여, 본 발명은 단위 체적당 밀도에 비해 우수한 전기 전도성을 가지는 금속볼을 제공하는 것을 두 번째 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 명세서는 제1금속염을 포함하는 전구체 용액을 준비하는 단계; 및 상기 전구체 용액을 밀링하면서 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 밀링은, 마그네틱 바에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법을 개시한다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 전구체 용액은 제2금속염을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 제1금속염은 질산구리(Cu(NO3)2), 염화구리(CuCl2), 브롬화제이구리(CuBr2), 요오드화구리(CuI2), 수산화구리(Cu(OH)2), 황산구리(CuSO4), 및 아세트산구리(Cu(CH3COO)2)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 제2금속염은 질산니켈(Ni(NO3)2), 염화니켈(NiCl2), 질산은(AgNO3), 브롬화니켈(NiBr2), 황산니켈(NiSO4), 염화은(AgCl), 브롬화은(AgBr), 요오드화은(AgI), 수산화은(AgOH), 및 황산은(Ag2SO4)으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 전구체 용액 중 상기 제1금속염 및 제2금속염의 농도는 0.05M 내지 0.2M인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 밀링은, 상기 마그네틱 바의 회전속도가 70rpm 내지 150rpm의 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 마그네틱 바의 크기는 40mm 내지 52mm인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 마그네틱 바의 종류는, 타원형, 십자형, 원통형 및 사각형으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 열처리하는 단계는, 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 열처리하는 단계는 4시간 내지 16시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
더하여, 본 명세서는 단위체적당 밀도가 2.0g/cm3 내지 5.0g/cm3의 범위인 다공성 금속볼을 추가로 개시한다.
또한, 본 발명의 다공성 금속볼은 전기전도도가 1.43 x 107 S/m 내지 6.30 x 107 S/m인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다공성 금속볼은 직경이 400nm 내지 3mm인 것이 바람직하다.
상술한 수단을 채용함으로써, 본 발명은 종래기술과 대비하여 공정이 단순화되는 효과가 있고, 공정 단순화에 따른 제조 비용이 절감될 수 있다.
또한, 본 발명의 금속볼의 제조방법은 단순한 공정조건을 통하여 다양한 크기의 금속볼을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 단위 체적당 밀도에 비해 우수한 전기 전도성을 가지는 다공성 금속볼을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다공성 금속볼의 제조에 사용되는 반응기의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 따른 마그네틱 바의 회전속도변화에 따라 제조된 다공성 금속볼의 이미지이다.
도 3은 본 발명의 제조방법에 따른 마그네틱 바의 크기변화에 따라 제조된 다공성 금속볼의 이미지이다.
도 4는 일반적인 마그네틱 바의 종류에 대한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 제조방법에 따른 마그네틱 바의 종류변화에 따라 제조된 다공성 금속볼의 이미지이다.
도 6은 실시예 및 비교예에 따라 제조된 다공성 구리금속볼의 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다공성 구리금속볼의 USB현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다공성 구리금속볼의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다공성 구리금속볼의 X선회절 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제조예 1에 따라 제조된 다공성 구리-니켈금속볼의 X선회절 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제조예 2에 따라 제조된 다공성 구리-은금속볼의 X선회절 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다공성 금속볼을 적용한 반도체 칩 패키지의 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의 미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<1. 본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법>
본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법은, 제1금속염을 포함하는 전구체 용액을 준비하는 단계; 및 상기 전구체 용액을 밀링하면서 열처리하는 단계;를 포함한다. 이하에서는, 본 발명의 금속볼의 제조방법과 관련하여, 각 단계를 더욱 구체적으로 분설한다.
본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법은 제1금속염을 포함하는 전구체 용액을 준비하는 단계를 포함한다. 본 발명의 제1금속염을 포함하는 전구체 용액은 본 발명의 금속볼을 구성하는 구성요소인 금속입자를 제공하기 위한 원료물질로, 금속염을 물에 용해시킨 금속염의 수용액을 의미한다.
또한, 본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 전구체 용액은 제2금속염을 더 포함할 수 있다. 상기 제2금속염은 상기 제1금속염과 금속성분이 다르며, 상기 전구체 용액에 제2금속염을 더 포함함으로써, 합금형태의 금속볼을 제조할 수 있다.
본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 제1금속염은 질산구리(Cu(NO3)2), 염화구리(CuCl2), 브롬화제이구리(CuBr2), 요오드화구리(CuI2), 수산화구리(Cu(OH)2), 황산구리(CuSO4), 및 아세트산구리(Cu(CH3COO)2)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 제2금속염은 질산니켈Ni(NO3)2, 염화니켈(NiCl2), 질산은(AgNO3), 브롬화니켈(NiBr2), 황산니켈(NiSO4), 염화은(AgCl), 브롬화은(AgBr), 요오드화은(AgI), 수산화은(AgOH), 및 황산은(Ag2SO4)으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전구체 용액 중 상기 제1금속염 및 상기 제2금속염의 농도는 0.05M 내지 0.2M인 것이 바람직하다. 상기 금속염의 농도가 0.05M 미만일 경우, 전구체 용액 중의 금속염의 농도가 낮아 금속으로의 환원반응이 원활하게 일어나지 않아 생성되는 금속입자의 수율이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 0.2M을 초과할 경우, 반응 중에 1차 금속입자들이 응집되어 큰 덩어리 형태의 2차입자를 형성하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 상기 전구체 용액에 금속염을 환원시킬 수 있는 환원제를 더 포함할 수 있다. 상기 환원제는 나트륨보로하이드라이드(NaBH4), 리튬보로하이드라이드(LiBH4), 칼륨보로하이드라이드(KBH4), 하이드라진(N2H4), 페닐하이드라진(PhHNNH2), 포름산(CH2O2) 및 나트륨하이드로포스페이트(NaHPO2)를 고려할 수 있다. 특히, 그 중에서도 공정비용을 낮출 수 있다는 점에서 하이드라진(N2H4)의 사용이 가장 바람직하다.
도 1은 본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법에 사용되는 반응기의 모식도이다.
본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 전구체 용액(200)을 밀링하면서 열처리하는 단계는 도 1에 나타낸 반응기를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 밀링은, 상기 반응기 내에 도입된 마그네틱 바(magnetic bar)(300)에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기 전구체 용액을 밀링하면서 열처리하는 단계에서, 전구체 용액(200)에 포함된 제1금속염이 환원되어 금속입자를 형성하며 형성된 금속입자를 마그네틱 바(300)로 밀링하여 구 형태의 다공성 금속볼을 제조할 수 있으며, 상기 전구체 용액(200)에 제2금속염을 더 포함하여 합금형태의 다공성 금속볼을 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 따른 상기 마그네틱 바의 회전속도변화에 따라 제조된 다공성 금속볼의 이미지이다. 본 발명의 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 밀링은, 상기 마그네틱 바(300)의 회전속도가 70rpm 내지 150rpm의 범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 마그네틱 바(300)의 회전속도가 70rpm 미만일 경우, 느린 회전속도로 인해 금속입자의 전체영역에서 골고루 밀링되지 않아 금속입자들이 구 형태로 응집되어 형성되지 않고 수백 나노미터의 작은 입자형태로 형성되는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 상기 마그네틱 바(300)의 회전속도가 150rpm을 초과할 경우, 빠른 회전속도로 인해 금속입자의 크기 및 형태가 균일하게 형성되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제조방법에 따른 마그네틱 바의 크기변화에 따라 제조된 다공성 금속볼의 이미지이다. 본 발명의 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 마그네틱 바(300)의 크기는 40mm 내지 52mm인 것이 바람직하다. 상기 마그네틱 바의 크기가 40mm 미만인 경우, 금속입자의 전체영역에서 밀링되지 않아 금속입자들이 응집되어 구 형태로 형성되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 상기 마그네틱 바(300)의 크기가 52mm를 초과할 경우, 최종적으로 형성되는 금속입자의 크기가 증가되어 덩어리 형태로 형성되는 문제점이 발생할 수 있다.
도 4 및 도 5는 일반적인 마그네틱 바의 종류 및 본 발명의 제조방법에 따른 마그네틱 바의 종류변화에 따라 제조된 다공성 금속볼의 이미지를 나타내었다. 본 발명의 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 마그네틱 바(300)의 종류는 타원형(Oval-type), 십자형(Cross-type), 원통형(Cylindrical-type) 및 사각형(Square-type)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마그네틱 바(300)의 종류에 따라 금속볼의 입자의 크기를 400nm 내지 3mm 범위로 조절할 수 있다.
본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 열처리하는 단계는 상기 금속염의 환원반응이 일어나는 단계로, 상기 열처리하는 단계는 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 열처리하는 단계에서 온도가 150℃ 미만인 경우, 형성된 1차 금속입자를 구 형태의 2차 입자로 밀링에 의한 가공을 수행하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 상기 열처리하는 단계에서 온도가 200℃를 초과하는 경우, 형성된 열적, 기계적 스트레스에 의해 크랙이나 뒤틀림 현상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 다공성 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 열처리하는 단계는, 4시간 내지 16시간동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 열처리하는 단계에서, 반응시간이 4시간 미만일 경우, 금속염의 환원반응이 원활하게 일어나지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 상기 열처리하는 단계에서, 반응시간이 16시간을 초과할 경우, 공정시간이 길어져 비용절감의 효과를 얻을 수 없다. 도 6을 참조하면, 상기 열처리하는 단계에서, 열처리 시간이 상기 범위를 만족하면, 금속볼이 균일한 크기의 볼 형태로 형성된다는 것을 확인할 수 있다.
<2. 본 발명의 다공성 금속볼>
본 명세서는 다공성 금속볼을 추가로 개시한다. 본 발명의 다공성 금속볼은 단위체적당 밀도가 2.0g/cm3 내지 5.0g/cm3의 범위로 형성되며, 금속볼 내부에 형성된 공극으로 인해 가벼운 특징을 가질 수 있다. 또한, 상기 금속볼의 단위체적당 밀도가 2.0/cm3 미만인 경우, 금속볼에 포함된 구리의 중량이 낮아져 제조된 금속볼의 기계적 특성 및 전기적 특성이 다소 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 상기 금속볼의 단위체적당 밀도가 5.0g/cm3를 초과할 경우, 금속볼의 전기적 특성 대비, 제조비용 절감의 효과를 얻기 어렵다.
또한, 본 발명의 다공성 금속볼은 전기전도도가 1.43 x 107 S/m 내지 6.30 x 107 S/m인 것이 바람직하다. 본 발명의 금속볼은 낮은 단위 체적당 밀도에 비하여, 기존의 금속볼과 유사한 전기 전도도 특성을 가지며, 이러한 특성에 의해 반도체 패키지 공정의 접합용 금속볼로 사용이 용이하다.
또한, 본 발명의 다공성 금속볼은 직경은 마그네틱 바에 의한 밀링으로, 400nm 내지 3mm 범위로 조절할 수 있으며, 반도체 패키지 공정에서, 전체 반도체 칩의 무게와 크기를 줄일 수 있다는 관점에서, 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면, 제조예, 및 실시예들을 참조하여 본 명세서가 청구하는 바에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에서 제시하고 있는 도면, 제조예, 내지 실시예 등은 통상의 기술자에게 의하여 다양한 방식으로 변형되어 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 명세서의 기재사항은 본 발명을 특정 개시 형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하고 있는 것으로 보아야 한다.
{실시예} 다공성 구리금속볼의 제조
실시예 1
수열반응기에 0.075M의 황산구리 수용액 40mL, 하이드라진(환원제) 1.0mL를 넣고, 175℃로 승온하고, 52mm의 마그네틱 바로 약 70rpm ~ 90rpm의 범위로 교반속도를 조절한 후, 8시간동안 유지하여, 다공성 구리금속볼을 얻었다.
실시예 2
0.1M의 황산구리 수용액을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 다공성 구리금속볼을 얻었다.
실시예 3
0.2M의 황산구리 수용액을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 다공성 구리금속볼을 얻었다.
비교예 1
0.01M의 황산구리 수용액을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 다공성 구리금속볼을 얻었다.
비교예 2
0.3M의 황산구리 수용액을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 다공성 구리금속볼을 얻었다.
도 6은 실시예 및 비교예에 따라 제조된 다공성 구리금속볼의 이미지이다. 도 6을 참조하면, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 구리금속볼은 입자의 형태가 구 형상으로 균일하며, 입자의 크기도 일정하게 형성됨을 확인할 수 있다. 반면에, 비교예 1에 따라 제조된 다공성 구리금속볼은 그 형태가 균일하지 않고, 구리입자의 형태가 볼 형태로 형성되지 않음을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 2에 따라 제조된 구리입자는 수백 나노크기의 1차 입자들이 응집되어, 2차 입자인 덩어리 형태로 형성됨을 확인할 수 있다.
{제조예}
제조예 1: 다공성 구리-니켈(Cu 1-x -Ni x (x < 0.25)) 금속볼의 제조
수열반응기에 0.1M의 황산구리 수용액 35mL, 0.1M의 황산니켈 수용액 5mL 및 하이드라진(환원제) 1.0mL를 넣고, 175℃로 승온하고, 52mm의 마그네틱 바로 약 70rpm ~ 90rpm의 범위로 교반속도를 조절한 후, 8시간동안 유지하여, 다공성 구리-니켈금속볼을 얻었다.
제조예 2: 다공성 구리-은(Cu 1-x -Ag x (x < 0.25)) 금속볼의 제조
수열반응기에 0.1M의 황산구리 수용액 35mL, 0.1M의 질산은 수용액 5mL 및 하이드라진(환원제) 1.0mL를 넣고, 175℃로 승온하고, 52mm의 마그네틱 바로 약 70rpm ~ 90rpm의 범위로 교반속도를 조절한 후, 8시간동안 유지하여, 다공성 구리-은금속볼 얻었다.
{평가}
평가 1. 본 발명의 다공성 구리금속볼의 형태 및 성분
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 다공성 구리금속볼의 형태를 확인하기 위하여 USB현미경 및 주사전자현미경으로 관찰하였다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 구리금속볼은 붉은 색의 구 형태로 형성됨을 확인할 수 있다. 또한, 그 직경이 400nm 내지 3mm로 제조된 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 다공성 구리금속볼의 XRD패턴을 분석하여 구리금속볼의 성분을 확인하였다. 도 9은 표준 구리(ICDS-53247) XRD패턴과 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 구리금속볼의 XRD패턴을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 9을 참조하면, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 구리금속볼은 순수한 구리로 이루어져 있다는 것을 확인할 수 있다.
평가 2. 본 발명의 다공성 구리-니켈금속볼의 형태 및 성분
본 발명의 제조예 1에 따라 제조된 다공성 구리-니켈금속볼의 XRD패턴을 분석하여 구리-니켈볼의 성분을 확인하였다. 도 10은 표준 구리(ICDS-53247)XRD패턴 및 표준 니켈(ICSD-53809)XRD패턴과 상기 다공성 구리-니켈금속볼의 XRD패턴을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 10을 참조하면, 제조예 1에 따라 제조된 다공성 구리-니켈금속볼은 순수한 구리와 니켈이 약 1:4의 비율로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
평가 3. 본 발명의 다공성 구리-은금속볼의 형태 및 성분
본 발명의 제조예 2에 따라 제조된 다공성 구리-은금속볼의 XRD패턴을 분석하여 구리-은금속볼의 성분을 확인하였다. 도 11는 표준구리(ICDS-53247)XRD패턴 및 표준 은(ICSD-64994)XRD패턴과 상기 다공성 구리-은금속볼의 XRD패턴을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 11를 참조하면, 제조예 2에 따라 제조된 다공성 구리-은금속볼은 구리와 니켈이 약 1:4의 비율로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
평가 4. 본 발명의 다공성 금속볼의 평균 밀도측정
본 발명의 다공성 금속볼(구리금소볼, 구리-니켈금속볼볼, 구리-은금속볼)의 단위 체적당 밀도를 측정하였다. 실시예 2에 따라 제조된 다공성 구리금속볼의 평균 밀도는 3.65g/cm3이며, 제조예 1 내지 제조예 2에 따라 제조된 다공성 구리-니켈금속볼 및 다공성 구리-은금속볼의 평균 밀도는 각각 4.04g/cm3, 3.68g/cm3인 것을 확인할 수 있다.
실시예 2에 따라 제조된 다공성 구리금속볼의 평균 밀도
구리금속볼 2r(mm) m(g) r(mm) V(mm3) D(g/mm3 )
0.55 0.0003 0.275 0.0871137 0.0034438
0.831 0.0012 0.4155 0.3004704 0.0039937
0.943 0.0017 0.4715 0.4390699 0.0038718
0.976 0.002 0.488 0.4867972 0.0041085
1.02 0.0022 0.51 0.5556472 0.0039593
1.121 0.0025 0.5605 0.7375907 0.0033894
1.271 0.0035 0.6355 1.0750664 0.0032556
1.853 0.0081 0.9265 3.3313854 0.0024314
평균밀도 0.0035567
제조예 1에 따라 제조된 다공성 구리-니켈금속볼의 평균 밀도
구리-니켈금속볼 2r(mm) m(g) r(mm) V(mm3) D(g/mm3 )
0.622 0.0006 0.311 0.1259998 0.0047619
0.701 0.0009 0.3505 0.1803652 0.0049899
0.779 0.0012 0.3895 0.2475204 0.0048481
0.928 0.002 0.464 0.418449 0.0047796
1.008 0.0022 0.504 0.5362659 0.0041024
1.198 0.0028 0.599 0.9002623 0.0031102
1.281 0.0032 0.6405 1.1006418 0.0029074
1.371 0.0038 0.6855 1.3493077 0.0028163
평균밀도 0.0040395
제조예 2에 따라 제조된 다공성 구리-니켈금속볼의 평균 밀도
구리-은금속볼 2r(mm) m(g) r(mm) V(mm3) D(g/mm3 )
0.53 0.0004 0.265 0.0779518 0.0051314
0.87 0.0015 0.435 0.3447914 0.0043505
0.999 0.0022 0.4995 0.5220295 0.0042143
1.094 0.0024 0.547 0.6855651 0.0035007
1.117 0.0029 0.5585 0.7297232 0.0039741
1.218 0.0036 0.609 0.9461075 0.0038051
1.517 0.004 0.7585 1.8279123 0.0021883
1.642 0.0052 0.0821 2.3180248 0.0022433
평균밀도 0.003676
상술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 다공성 금속볼은 단순한 공정으로 400nm 내지 3mm의 다양한 크기의 금속볼을 제조가 가능하여, 도 12에 나타낸 바와 같이, 패키징 공정에서 반도체 칩의 전체 크기를 줄이기 위해 사용되는 POP (Package On Package), MCP (Multi Chip Package) 공정의 접합용 금속볼로 사용이 용이하다.
또한, 금속볼의 내부에 공극이 형성되어 단위체적당 밀도가 2.0g/cm3 내지 5.0g/cm3으로 비교적 낮은 밀도로 형성되어 있으나, 전기전도도가 1.43 x 107 S/m 내지 6.30 x 107S/m로 우수한 특성을 가지고 있어 금속볼의 전기적 특성 대비, 원소재 비용이 절감되는 이점이 있다.
이상과 같이 실시예를 통하여 본 발명을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 온도 및 압력센서
200: 전구체 용액
300: 마그네틱 바

Claims (13)

  1. 제1금속염을 포함하는 전구체 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 전구체 용액을 밀링하면서 열처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 밀링은, 마그네틱바에 의해서 수행되고,
    상기 제1금속염은 질산구리(Cu(NO3)2), 염화구리(CuCl2), 브롬화제이구리(CuBr2), 요오드화구리(CuI2), 수산화구리(Cu(OH)2), 황산구리(CuSO4), 및 아세트산구리(Cu(CH3COO)2)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  2. 제1금속염 및 제2금속염을 포함하는 전구체 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 전구체 용액을 밀링하면서 열처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 밀링은, 마그네틱바에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1금속염은 질산구리(Cu(NO3)2), 염화구리(CuCl2), 브롬화제이구리(CuBr2), 요오드화구리(CuI2), 수산화구리(Cu(OH)2), 황산구리(CuSO4), 및 아세트산구리(Cu(CH3COO)2)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2금속염은 질산니켈Ni(NO3)2, 염화니켈(NiCl2), 질산은(AgNO3), 브롬화니켈(NiBr2), 황산니켈(NiSO4), 염화은(AgCl), 브롬화은(AgBr), 요오드화은(AgI), 수산화은(AgOH), 및 황산은(Ag2SO4)으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전구체 용액 중 상기 제1금속염 및 상기 제2금속염의 농도가 0.05M 내지 0.2M인 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밀링은, 상기 마그네틱바의 회전속도가 70rpm 내지 150rpm의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전구체 용액은 환원제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 환원제는 나트륨보로하이드라이드(NaBH4), 리튬보로하이드라이드(LiBH4), 칼륨보로하이드라이드(KBH4), 하이드라진(N2H4), 페닐하이드라진(PhHNNH2), 포름산(CH2O2) 및 나트륨하이드로포스페이트(NaHPO2)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는, 150℃ 내지 200℃의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는, 4시간 내지 16시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼의 제조방법.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다공성 금속볼은 전기전도도가 1.43 x 107 S/m 내지 6.30 x 107 S/m인 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속볼의 직경이 400nm 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 다공성 금속볼.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100393730B1 (ko) * 1999-03-03 2003-08-06 후쿠다 킨조쿠 하쿠훈 코교 가부시키가이샤 다공질 금속분말 및 그의 제조방법
JP4187314B2 (ja) * 1998-06-29 2008-11-26 株式会社イノアックコーポレーション 金属多孔体の製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05347155A (ja) * 1992-06-16 1993-12-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭素電極の製造方法
KR100368054B1 (ko) * 2000-08-30 2003-01-15 한국지질자원연구원 미립 코발트 분말의 제조 방법
KR100845710B1 (ko) 2007-01-05 2008-07-10 김재수 알루미늄 드로스를 이용한 수소가스의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4187314B2 (ja) * 1998-06-29 2008-11-26 株式会社イノアックコーポレーション 金属多孔体の製造方法
KR100393730B1 (ko) * 1999-03-03 2003-08-06 후쿠다 킨조쿠 하쿠훈 코교 가부시키가이샤 다공질 금속분말 및 그의 제조방법

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